ES2317014T3 - Filtro de emisiones de hidrocarburo evaporativo. - Google Patents

Filtro de emisiones de hidrocarburo evaporativo. Download PDF

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Abstract

Un sistema de inducción de aire (12) para un motor de combustión interna, el sistema de inducción de aire comprendiendo: una carcasa (14) que tiene una entrada de aire y una salida de aire que definen entre ellas una trayectoria directa del flujo de aire P, y que tiene una superficie interna plana; un filtro de aire contenido en la carcasa y que está posicionado de manera que define, en uso, un lado de aire sucio (D) de la carcasa en el lado de la entrada de aire del mismo, y un lado de aire limpio (C) de la carcasa en el lado de la salida de aire del mismo; y un filtro de emisiones evaporativas (10) que comprende un miembro adsorbente de vapor de hidrocarburos (22) localizado de manera opuesta al filtro de aire y sustancialmente fuera de la trayectoria directa del flujo de aire, donde los vapores de hidrocarburos presentes en el sistema de inducción de aire después de apagar el motor son sustancialmente mantenidos en el miembro adsorbente hasta que el aire fluya a través del sistema de inducción de aire después de encender el motor, caracterizado porque el filtro de emisiones evaporativas está montado por un sujetador y montado fuera de la superficie interna plana del lado de aire limpio de la carcasa para maximizar la cantidad del miembro adsorbente expuesta a las emisiones evaporativas.

Description

Filtro de emisiones de hidrocarburo evaporativo.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere generalmente a filtros, y más particularmente a filtros útiles para adsorber vapores de hidrocarburos.
En los motores de combustión interna, mientras el motor está en marcha, hay un flujo constante de aire a través del sistema de inducción de aire hacia el colector de admisión y, finalmente, hacia la cámara de combustión a través de las válvulas de admisión. El flujo de aire es causado por la carrera de admisión del pistón, que provoca un vacío en el colector de admisión. Esto crea un desequilibrio de presiones entre el colector de admisión y el medio ambiente, y por lo tanto, el aire circula en forma de ráfaga a través del sistema de inducción de aire. Debido a la baja presión interna en el colector de admisión y el flujo de aire constante en el motor, no hay emisiones evaporativas desde el colector de admisión o sistema de inducción de aire.
Además, cuando un motor moderno, de inyección de combustible está en marcha, el sistema de combustible mantiene el combustible en el(los) distribuidor(es) de combustible a presión suficiente para evitar la vaporización del combustible incluso aunque el(los) distribuidor(es) de combustible pueda(n) estar a una temperatura suficiente para vaporizar el combustible a presión atmosférica normal. De hecho, un buen reencendido puede en parte depender de mantener la presión del(los) distribuidor(es) de combustible durante un número de horas después de apagar hasta que el motor se enfríe para evitar la vaporización del combustible en el(los) distribuidor(es) de combustible. El vapor de combustible en el(los) distribuidor(es) de combustible es generalmente indeseable porque puede conducir a veces a tiempos de arranque largos durante el encendido del motor.
Después de apagar el motor, el aire continúa circulando en forma de ráfaga a través del sistema de inducción de aire hasta que el vacío del colector de admisión es eliminado. Los hidrocarburos evaporativos pueden ser emitidos si el combustible presurizado en el(los) distribuidor(es) de combustible se fuga al colector de admisión a través de los inyectores de combustible. Esta pequeña cantidad de combustible puede vaporizarse, y el vapor de hidrocarburos puede migrar fuera del colector de admisión a través del sistema de inducción de aire a la atmósfera. Hasta el momento tal salida de vapor de hidrocarburos fue considerada insignificante. Sin embargo, las regulaciones actuales en el estado de California, así como en otros estados de E.U.A., restringen las emisiones evaporativas de combustible a prácticamente cero.
Los intentos para resolver el problema de las emisiones de hidrocarburos evaporativos han incluido la colocación de filtros secundarios para adsorber hidrocarburos dentro de la trayectoria directa del flujo de aire. Sin embargo, tales filtros generalmente añaden restricción al sistema de inducción de aire. Como tal, el motor es generalmente menos eficiente, o el sistema de inducción de aire puede necesitar ser de mayor tamaño con el fin de proporcionar la misma masa de flujo de aire con la aumentada restricción.
Otros intentos han incluido combinar los materiales para adsorber vapor de hidrocarburos con un filtro de aire de contaminantes/partículas estándar. Algunos inconvenientes asociados con estas combinaciones de filtros incluyen la posibilidad de que el material para adsorber vapor se desprenda del filtro y entre en el sistema de aire. La pérdida de material adsorbente puede afectar de manera nociva la adsorbencia de vapor del filtro.
DE-A-10102604 se refiere a un sistema de admisión para un motor de combustión interna y a un método para operar dicho sistema de admisión que permite la prevención del escape de hidrocarburos desde el sistema de admisión al medio ambiente. Con este fin, el sistema de admisión está provisto con un filtro de vapor de combustible (19) que adsorbe hidrocarburos. Dicho filtro de vapor de combustible (19) tiene una primera abertura (20) que está unida con un conducto de aire puro (14), y una segunda abertura (21). La segunda abertura (21) está correspondientemente unida con el medio ambiente de manera que ninguna presión negativa sustancial puede acumularse en el conducto de aire puro (14). El conducto de aire puro (14) puede estar cerrado herméticamente por una corredera (18) de manera que el aire que se expande bajo el efecto del calor no escape al medio ambiente antes de que este haya fluido a través del filtro de vapor de combustible (19).
EP-A-1273789 se refiere a un medio de limpieza del aire de un motor de combustión interna que comprende un elemento de filtro de limpieza del aire de inducción colocado en un conducto de aire de inducción; y un elemento de filtro para absorber vapor de combustible montado adyacente a, o separado de dicho elemento de filtro de limpieza del aire en dicho conducto de aire de inducción, dicho elemento de filtro para absorber vapor de combustible incluyendo una capa de filtro de absorción, que incluye un material tal como carbón activado, para absorber vapor de combustible, donde el elemento de filtro para absorber vapor de combustible está dispuesto para absorber los vapores de combustible en el conducto de aire de inducción cuando el motor es apagado, y para permitir al aire de inducción fluir libremente al pasar el elemento de filtro para absorber vapor de combustible cuando el motor está en marcha.
US-A-2002/029693 se refiere a un aparato para evitar la descarga de combustible evaporado que tiene un dispositivo de adsorción dispuesto en un paso entre una porción que genera combustible evaporado y un elemento de limpieza de aire, y el dispositivo de adsorción está formado por una porción de paso de aire de inducción dispuesta lateralmente y dentro del dispositivo de manera penetrante y que se comunica con el paso en ambos extremos, una capa adsorbente dispuesta en una periferia externa de la porción de paso de aire de inducción, y un miembro que cubre una superficie externa en un estado no ventilado excepto un lado de la porción de paso de aire de inducción en la capa adsorbente, y un diámetro interno de la porción de paso de aire de inducción del dispositivo de adsorción está ajustado para ser sustancialmente igual o mayor que un diámetro interno del paso de aire de inducción.
US-A-3678663 se refiere a un limpiador de aire del motor que está posicionado a distancia de, pero conectado al, motor en una relación esencialmente cara a cara. El limpiador de aire está dispuesto verticalmente para delimitar un reservorio inferior que atrape el exceso de vapor combustible que fluye a esta desde el carburador, y contiene un medio de adsorción de vapor para almacenar los vapores y subsecuentemente retornarlos al motor.
Sumario de la invención
La presente invención resuelve sustancialmente los inconvenientes enumerados anteriormente proporcionando un sistema de inducción de aire del motor como se definió en la reivindicación 1.
Breve descripción de los dibujos
Objetos, características y ventajas de la presente invención serán evidentes mediante la referencia a la siguiente descripción detallada y a los dibujos, en la cual:
la Fig. 1 es una vista en sección transversal en corte de una carcasa del filtro de aire que muestra una realización de la presente invención en ella, y
la Fig. 2 es una vista superior en sección transversal parcialmente en corte de un sistema de inducción de aire que muestra una realización adicional de la presente invención en ella.
Descripción detallada de las realizaciones
Sería conveniente evitar sustancialmente el escape de emisiones de hidrocarburos evaporativos a la atmósfera, a fin de cumplir las regulaciones y llegar a ser más amigables con el medio ambiente. Sería deseable además lograr tal prevención sustancial, sin restringir el flujo de aire a través del sistema de inducción de aire. Aún además, sería deseable lograr este objetivo de manera relativamente no costosa. Sería deseable además lograr este objetivo con una baja posibilidad de obstruir el material adsorbente comparado con un filtro barrera. El filtro de emisiones evaporativas de la presente invención cumple sustancialmente los objetivos antes mencionados. Con referencia ahora a la Fig. 1, el filtro de emisiones evaporativas de la presente invención está designado generalmente como 10. El filtro de emisiones evaporativas 10 es útil para un sistema de inducción de aire 12 del motor que tienen una trayectoria directa del flujo de aire (flecha P). El sistema de inducción de aire 12 incluye una carcasa/caja de aire 14 que contiene un filtro de aire convencional 16. El filtro de aire 16 filtra los contaminantes en el aire que entra al motor (no mostrado). Los filtros de aire 16 generalmente tienen como un constituyente principal del mismo papel plegado alojado en un marco flexible, semirígido o rígido. El filtro de aire 16 está montado dentro de la carcasa 14, y generalmente, es usado una vez y desechado. El tubo de inducción de aire 18 lleva el aire desde el exterior del vehículo a la carcasa/caja de aire 14 y luego al motor mediante el colector de admisión (no mostrado).
Con referencia también a la Fig. 2, el sistema de inducción de aire 12 puede, opcionalmente, incluir un resonador de aire 20. El resonador de aire 20 puede estar unido a, y en comunicación de fluidos con el tubo de inducción de aire 18 (como es mostrado) y/o con la carcasa 14. Será entendido que si el resonador de aire 20 opcional es usado, se cree que el filtro de emisiones evaporativas 10 de la presente invención trabajará sustancialmente igual de bien si el resonador de aire 20 está en el lado limpio C o lado sucio D del tubo de inducción de aire 18, o unido a y/o integral con el lado limpio C o el lado sucio D de la carcasa 14.
El filtro de emisiones evaporativas 10 comprende un miembro adsorbente de vapor de hidrocarburos 22 dispuesto dentro del sistema de inducción de aire 12 sustancialmente fuera de la trayectoria directa del flujo de aire P. El filtro de emisiones evaporativas 10 incluye un mecanismo 24 para montar el filtro de emisiones evaporativas 10 dentro del sistema de inducción de aire 12. Será entendido que el mecanismo 24 es seleccionado de cualquier sujetador adecuado, incluyendo pero no limitado a adhesivos, sujetadores de gancho y lazo, tornillos, remaches, sujetadores que emplean soldadura ultrasónica o por fricción, presillas flexibles que sujetan a presión el filtro 10, y similares. Además, el filtro de emisiones evaporativas 10 está montado en la caja de aire 14 de tal forma que está montado fuera de la superficie plana (apartado), con el fin de maximizar la cantidad del miembro adsorbente 22 expuesta a las emisiones evaporativas.
Si los vapores de hidrocarburos están presentes en el sistema de inducción de aire después de apagar el motor, los vapores son sustancialmente retenidos en el miembro adsorbente 22 hasta que el aire fluya a través del sistema de inducción de aire 12 después de encender el motor. El retorno del flujo de aire a través del sistema 12 regenera sustancialmente el miembro adsorbente 22.
En una realización de la presente invención, un filtro 10 puede también ser montado dentro del resonador de aire 20.
El filtro 10 está montado dentro de la carcasa 14 del filtro de aire en el lado de aire limpio C de la carcasa 14.
Aún además, en una realización de la presente invención, un filtro de emisiones evaporativas 10 está montado dentro de la carcasa del filtro de aire 14 en el lado de aire limpio C de la carcasa 14, y un segundo filtro 10 (un segundo, tercero y cuarto filtro 10 son mostrados en línea discontinua en la Fig. 1) está montado dentro de la carcasa 14 del filtro de aire en el lado del aire sucio D de la carcasa 14.
Como es mostrado en la Fig. 1, en aún una realización adicional de la presente invención, un filtro 10 está montado en al menos tres paredes internas de la carcasa 14.
Será entendido que el miembro adsorbente 22 puede incluir cualquier material para adsorber vapor de hidrocarburo adecuado. En una realización de la presente invención, los ejemplos de los materiales para adsorber vapor de hidrocarburos incluyen, pero no están limitado a al menos uno de carbón activado, zeolitas, ciclodextrinas, celulosa hidrofóbica, absorbentes en fase líquida (por ejemplo, aceites de silicio), y/o mezclas de los mismos. En una realización no limitativa de la presente invención, el miembro adsorbente 22 tiene como un componente principal del mismo carbón activado. Será entendido además que el material para adsorber vapor de hidrocarburos puede estar en cualquier forma adecuada y alojado/impregnado dentro de cualquier medio adecuado.
En una realización, el material para adsorber vapor de hidrocarburos puede estar contenido por uno o más tamices de malla fina. Será entendido que el(los) tamiz(ces) de malla fina pueden estar formados de cualquier material adecuado, que incluyen pero no están limitados a materiales poliméricos, materiales metálicos y/o mezclas de los mismos. Un ejemplo no limitativo de un material polimérico adecuado es cloruro de polivinilideno, comercialmente disponibles de Dow Chemical en Midland, Michigan bajo la marca SARAN.
Algunos ejemplos no limitativos de estructuras de filtración impregnadas con carbón están comercialmente disponibles de AQF Technologies LLC en Charlotte, Carolina del Norte. Otros ejemplos no limitativos adecuados de medios adsorbentes son divulgados en la patente U.S. No. 5,486,410. La patente '410 divulga, entre otras realizaciones, una estructura de filtración de una fibra compuesta que tiene una funda de nylon y un núcleo de poliéster, con partículas de carbón activado unidas a la matriz de la fibra, y que incluyen una red de microfibras ubicada dentro de la estructura. Aún, otro medio adsorbente adecuado incluye carbón activado comercialmente disponible de PICA USA, Inc. en Columbus, Ohio.
Se cree además que el carbón a base de madera puede proporcionar ciertas ventajas, tales como por ejemplo, en la regeneración del lecho de carbón.
Con el fin de extender la vida del miembro adsorbente de vapor de hidrocarburos 22, en algunos casos puede ser deseable proteger el filtro de emisiones evaporativas 10, con un miembro(s) de protección opcional tal como una trampa abisagrada 26, persianas 28, una combinación de los mismos, y/o similares. La trampa 26 y las persianas 28 son cada una mostradas de manera semiesquemática y en líneas discontinuas en la Fig. 1. La trampa 26 se mantiene sustancialmente cerrada cuando el motor está en marcha, protegiendo sustancialmente de esta manera el miembro adsorbente 22 del agua, los desechos y/o otros contaminantes. La trampa 26 entonces se abre cuando el motor está apagado, a fin de permitir el ingreso de los vapores de hidrocarburos que pueden estar presentes. Las persianas 28 están designadas de manera que desvié el agua, los desechos y/o otros contaminantes lejos del miembro adsorbente 22.
Incluso sin un miembro de protección separado 26, 28, la ubicación de la presente invención 10 fuera de la trayectoria directa del flujo de aire P, es decir en un área de menor flujo, tal como por ejemplo, en el caja de aire 14 o el resonador 20, resulta en menos estrés y menos contaminación del miembro adsorbente 22 (comparado con un filtro barrera), esto conduce a alargar la vida del filtro de emisiones evaporativas 10.
Además para ilustrar la presente invención, los siguientes ejemplos son dados. Será entendido que estos ejemplos son proporcionados con fines ilustrativos y no se interpretará como una limitación del alcance de la presente invención.
Ejemplos
En pruebas alternas, A) 36 gramos de medio de filtro impregnado con carbón activado obtenidos de AQF Technologies LLC fueron colocados en la superficie interna superior (lado limpio) de la caja de aire 14; B) 12 gramos de carbón activado AQF fueron colocados en cada uno de los tres lados interiores de la caja de aire 14: parte superior, y los lados opuestos del lado limpio (similar a una montura) para un total de 36 gramos de carbón activado; C) 36 gramos de carbón activado obtenidos de PICA USA, Inc. y mantenidos entre dos capas de un tamiz de malla fina fueron colocados en la superficie interna superior (lado limpio) de la caja de aire 14, y D) 18 gramos de carbón activado AQF fueron colocados en la superficie interna superior (lado limpio) y en la superficie interna inferior (lado sucio) de la caja de aire 14, para un total de 36 gramos de carbón activado. En cada una de las pruebas alternas, 1.5 gramos de vapor de gasolina se dejaron entrar al sistema de inducción de aire 12. En cada una de las cuatro pruebas, menos de 0.006 gramos de vapor de hidrocarburos fueron emitidos a la atmósfera, en comparación con el control (ningún medio adsorbente) en el que casi 0.04 gramos de vapor de hidrocarburos fueron emitidos a la atmósfera. De las cuatro pruebas, parece que la prueba D fue más satisfactoria en la prevención de escape de emisiones de hidrocarburos evaporativos.
La presente invención es además ventajosa en que una cantidad efectiva del medio/miembro adsorbente 22 puede ser calculado para una cantidad esperada de vapor de hidrocarburos. Como tal, esa cantidad efectiva del miembro adsorbente 22 puede ser colocado dentro del sistema de inducción de aire 12 para adsorber esa cantidad esperada de vapor de hidrocarburo.

Claims (9)

1. Un sistema de inducción de aire (12) para un motor de combustión interna, el sistema de inducción de aire comprendiendo:
una carcasa (14) que tiene una entrada de aire y una salida de aire que definen entre ellas una trayectoria directa del flujo de aire P, y que tiene una superficie interna plana;
un filtro de aire contenido en la carcasa y que está posicionado de manera que define, en uso, un lado de aire sucio (D) de la carcasa en el lado de la entrada de aire del mismo, y un lado de aire limpio (C) de la carcasa en el lado de la salida de aire del mismo; y
un filtro de emisiones evaporativas (10) que comprende un miembro adsorbente de vapor de hidrocarburos (22) localizado de manera opuesta al filtro de aire y sustancialmente fuera de la trayectoria directa del flujo de aire,
donde los vapores de hidrocarburos presentes en el sistema de inducción de aire después de apagar el motor son sustancialmente mantenidos en el miembro adsorbente hasta que el aire fluya a través del sistema de inducción de aire después de encender el motor,
caracterizado porque el filtro de emisiones evaporativas está montado por un sujetador y montado fuera de la superficie interna plana del lado de aire limpio de la carcasa para maximizar la cantidad del miembro adsorbente expuesta a las emisiones evaporativas.
2. El sistema de inducción de aire (10) como se definió en la reivindicación 1, el cual además comprende un resonador de aire (20) que está unido a, y en comunicación de fluidos con al menos uno de un tubo de inducción de aire (18) y la carcasa (14), y donde otro filtro de emisiones evaporativas está montado dentro del resonador de aire (20).
3. El sistema de inducción de aire (12) como se definió en la reivindicación 1, que además comprende un segundo filtro de emisiones evaporativas montado dentro de la carcasa (14) del filtro de aire en el lado de aire sucio (D) de la carcasa (14).
4. El sistema de inducción de aire (12) como se definió en la reivindicación 1, que además comprende dos filtros de emisiones evaporativas adicionales, uno de los filtros de emisiones evaporativas estando montado en lados opuestos al lado de aire limpio de la carcasa, dichos lados opuestos siendo adyacentes al filtro de aire.
5. El sistema de inducción de aire (12) como se definió en la reivindicación 1, donde el miembro adsorbente (22) tiene como un componente principal del mismo un material para adsorber vapor de hidrocarburos que comprende al menos uno de carbón activado, zeolitas, ciclodextrinas, celulosa hidrofóbica, absorbentes en fase líquida y mezclas de los mismos.
6. El sistema de inducción de aire (12) como se definió en la reivindicación 5, donde el material para adsorber vapor de hidrocarburos es carbón activado.
7. El sistema de inducción de aire (12) como se definió en la reivindicación 1, que además comprende un miembro para la protección del miembro adsorbente de vapor de hidrocarburos (122) de al menos uno de agua y contaminantes mientras el motor está en marcha.
8. El sistema de inducción de aire (12) como se definió en la reivindicación 7, donde el miembro de protección es al menos uno de una trampa abisagrada (26) y persianas (28).
9. El sistema de inducción de aire (12) como se definió en la reivindicación 1, donde el miembro adsorbente de vapor de hidrocarburos comprende carbón activado dispuesto entre dos capas de un tamiz de malla fina.
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